大气环境化学-总结
第二篇大气环境化学1天然大气
The temperature structure keeps the air calm in this layer. (That’s why jet aircraft fly in the lohere, temperature rises with altitude, caused by absorption of UV solar radiation by N2 and O2.
The lower atmosphere
The troposphere and the stratosphere together are called the lower atmosphere.
凡是有自由基生成或由其诱发的反应都叫自由基反 应。
1.3 大气中的离子及自由基
甲烷与氯在光的存在下发生的反应就是一种自由基反应： Cl2 2Cl Cl + CH4 CH3 + HCl CH3 + Cl2 CH3 Cl + Cl 放出的Cl又可和甲烷反应而使反应继续进行。
2、大气中主要自由基的来源 最 主 要 的 是 OH 自 由 基 ， 其 次 是 HO2 及 H3C、H3CO 和
=0.03年(11days)
结论:大气中水分更替时间短,对Ri 和 Fi变化敏感.
1.1 大气的组成和停留时间
惰 性 气 体 Ar、Ne、He、Kr 和 Xe 停 留 时 间 都 在 1 0 7 年 以 上 ，
N2(100万年) 、O2(>1000年)属于准永久性气体(非循环性气体)。
环境化学第二章大气环境化学复习知识点
第二章大气环境化学1、大气成分：按浓度分成三大类：（1）主要成分，浓度在1%以上量级，包括氮(N2)，氧(O2)和氩(Ar)；（2）微量成分(也称次要成分)，浓度在1ppmv到1%之间，包括二氧化碳（CO2），水汽(H2O)，甲烷(CH4)，氦(He), 氖(Ne)，氪(Kr)等；（3）痕量成分，浓度在1ppmv以下，主要有氢(H2)，臭氧(O3)，氙(Xe),一氧化二氮(N2O)，氧化氮(NO)，二氧化氮(NO2)，氨气(NH3)，二氧化硫(SO2)，一氧化碳(CO)以及气溶胶等等。
此外，还有一些大气中本来没有的，纯属人为产生的污染成分，它们目前在大气中的浓度多为pptv的量级，如氟氯烃类化合物(常记为CFCs)等。
2、大气层的结构：对流层、平流层、中间层、热层、逸散层对流层特性：由于对流层大气的重要热源来自于地面长波辐射，因此离地面越近气温越高；离地面越远气温则越低。
在对流层中，高度每增加100m，气温降低0.6℃。
云雨的主要发生层，赤道厚两极薄。
平流层特征：在平流层内，大气温度上热下冷，空气难以发生垂直对流运动，只能随地球自转产生平流运动，平流层气体状态非常稳定。
在平流层内，进入的污染物因平流运动形成一薄层而遍布全球。
中间层特征：在中间层中，由于层内热源仅来自下部的平流层，因而气温随高度增加而降低，温度垂直分布特征与对流层相似；由于下热上冷，空气垂直运动强烈。
热层特征：在热层中，温度随高度增加迅速上升。
热层空气极稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线辐射下，空气处于高度电离状态，该层也可以称为电离层。
逸散层：800km以上高空；空气稀薄，密度几乎与太空相同；空气分子受地球引力极小，所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去。
3、逆温由于过程的不同，可分为近地面的逆温、自由大气逆温。
近地面的逆温：辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温自由大气逆温：乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温逆温的危害：在对流层中，由于低层空气受热不均，能够使气体发生垂直对流运动，致使对流层上下空气发生交换。
环境化学总结
要求掌握大气的基本性质和组成，污染物的源和汇，大气中主要的气相反应和液相反应以及大气颗粒物性质等基本概念和基本原理；掌握酸雨、温室效应及臭氧层破坏等全球关注的大气问题。
掌握天然水体的组成和性质；溶解和沉淀、氧化和还原、配合作用及固液界面间相互作用等基本原理在环境化学中的应用；了解主要有毒难降解污染物的环境行为及归趋模式。
掌握土壤主要的理化性质，重金属及氮、磷营养物质在土壤环境中的迁移、积累以及有机农药等污染物在土壤中的降解途径和持留，了解环境条件变化对污染物在土壤中迁移转化的影响。
掌握大气、水和土壤样品的采集方法，重金属、有机污染物的分析方法原理，污染控制方法原理。
第一章：绪论环境定义：环境是指与某一中心事物有关（相适应）的周围客观事物的总和，中心事物是指被研究的对象。
对人类社会而言，环境就是影响人类生存和发展的物质、能量、社会、自然因素的总和。
分类：环境包括自然环境和社会环境两大部分。
自然环境：是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称中华人民共和国环境保护法》把环境定义为：“影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体环境问题：全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等次生环境问题：人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。
又包括：环境污染和生态破坏。
目前的环境问题一般都是次生环境问题。
生态破坏：人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著改变，如草原退化、物种灭绝、水土流失等。
环境污染物：是环境化学研究的对象，主要指进入环境后使环境的正常组分和性质发生直接或间接的有害于人类的变化的物质。
按受污染物影响的环境要素：大气污染物、水体污染物、土壤污染物等。
●按污染物的形态：气体污染物、液体污染物和固体废物。
环境化学总结
进入环境后使正常的环境组成和性质发生了直接或者间接的改变，而这种变化是有害于正常的自然过程或者对人类的健康产生危害的物质，称为环境污染物质。
自然过程或者人类的生产和生活活动对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，这就叫做环境效应。
可分为环境物理效应静大气的温度在垂直方向上的分布，分为对流层、平流层、a.该层内气温随高度的增加而降低(L =0.6K/100m ) 。
b. 具有强烈的对流运动，易于污染物扩散。
C. 密度大射而升温时，近地面空气的温度随之而升高，夜晚地面由于向外辐射而冷却，便是近地面空气的温度自下而上逐渐降低，由于上面的空气比下面的空气冷却的慢，结果就形成逆温现象。
指气层的稳定程度或者在某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度。
L ＜L d，表明大气是稳定的；L ＞L d，表明大气是不稳定的;L ＝L d，大气处于平衡状态。
在对流层L ＞0污染物本身的特性(相态，降解性，浓度)；空气的机械运动(风和乱流)；天气和地理地势的影响(局地环流)。
T`与T 相等为止。
这时气块与周围空气达到中性平衡。
这个高度定义为对流混合层上限，或者称为最大混合层高度(MMD)。
含有氮氧化物和碳氢化物等一次污染物，在阳光照射下发生光化学反应而生成二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾，称为光化学烟雾。
具有强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，并能使大气能见度降低。
1。
大气中有氮氧化物和碳氢化物存在2 大气温度较低3强的阳光照射4 氧气存在①早晨交通繁忙时，NO 和烃类物质浓度最大；②随后N＞O 被氧化成NO2，NO2 光解产生O3，烃类进一步转化成醛类(1)控制反应活性高的有机物排放，如碳氢化合物。
(2)在大气中散发能控制自由基形成的阻化剂 (3)通过改变RH 和NOx 的浓度来控制O3 的浓度a.NO 向NO2 转化；b. 由于氧化过程使烃类消耗c.臭氧及其他二次污染物生成。
第二章 大气环境化学(&4)
3. 大气颗粒物的表面性质
成核作用 通过饱和蒸汽在颗粒物表面上形 成液滴现象 三种重要的表 面性质: 小颗粒形成较大的凝聚体并最终 达到很快沉降离境的过程 气体或蒸汽吸附在颗粒物表面上 的现象。
粘合
吸着
三、大气颗粒物的化学组成
无机颗粒物
只含无机成分的颗粒物
有机颗粒物
只含有机成分的颗粒物
1、无机颗粒物
第二章 大气环境化学
第四节 大气颗粒物
大气颗粒物是大气的一个组成部分， 参与大气降水过程，大气中有毒物质可以 是无机物也可以是有机物，主要分布在气 溶胶中看作污染源。
一、大气颗粒物的来源与消除
1.大气颗粒物的来源
天然来源 地面扬尘、浪沫、火山灰、森林火
灾燃烧物、宇宙陨星尘、 植物花粉、孢子等
来源
煤烟、飞灰、工业生产过程排放的 人为来源 原料或产品微粒，汽车排放的含铅 化合物、硫酸盐粒子等
生成的HNO3(g)吸附在NaCl颗粒上，相对湿度大于75% 时，HNO3或NO2可能吸附在含有NaCl的液滴上或被吸收 在液滴中，发生置换反应：
3 NO2 + H 2O + 2 NaCl → 2 NaNO3 + 2 HCl ( g ) + NO
2、有机颗粒物
来源 由矿物燃料燃烧、废弃物焚化等各类高温燃烧过程所形成 的。包括多环芳烃化合物，芳香族化合物，含氮、氧、硫、 磷类化合物，羟基化合物，脂肪族化合物，羰基化合物和卤 化物等。 有机化合物多数是由气态一次污染物通过凝聚过程转化而 来。 有机颗粒物的粒径一般都比较小，属于Aitken核膜或积 聚模。
污染排放 气象条件
3. PM2.5 的危害
PM2.5是携带有大量的重金属和有机污染物； PM2.5在呼吸过程中能深入到细胞而长期预留在 人体中； PM2.5对大气能见度起着最主要的作用。
环境化学大气环境化学
人类生产和生活活动产生的污染物， 如工业排放、交通尾气、农业活动和 城市生活垃圾等。
大气中污染物的扩散与传
大气湍流扩散
污染物在气流的作用下，通过扩散作用在大气中传播和稀释。
污染物传输
污染物在大气中随气流迁移，受到地形、气象条件和地理环境等因素的影响。
大气中污染物的转化与归宿
化学反应
大气中的污染物可以与其他气体或颗粒 物发生化学反应，生成新的化合物或分 解为其他物质。
污染控制策略制定 基于大气环境化学研究，制定针 对不同污染物的控制措施和减排 目标，有效改善空气质量。
气候变化应对 将大气环境化学研究成果应用于 气候变化应对策略的制定，推动 减缓和适应气候变化的行动。
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大气环境质量的评估标准
国家标准
01
根据国家法律法规制定的大气质量标准，如PM2.5、PM10、二
氧化硫等污染物的浓度限值。
世界卫生组织标准
02
与国际接轨的大气质量标准，为全球范围内的大气质量评估提
供参考。
区域或地方标准
03
根据特定区域或地方的环境条件和需求，制定更为严格或具有
针对性的大气质量标准。
动物迁徙和生态平衡等。研究大气环境化学有助于保护生态环境。
03
促进可持续发展
通过研究大气环境化学，可以更好地了解大气中化学物质的变化规律，
为制定环境保护政策和措施提供科学依据，促进可持续发展。
大气环境化学的历史与发展
历史回顾
大气环境化学作为一门学科，经历了从传统气象学和化学的分离到多学科交叉融合的发展过程。早期的学者主要 关注气象现象和化学物质在大气中的分布，而现代的大气环境化学则更加注重化学物质在大气中的转化和传输机 制。
环境化学考试知识点总结
一绪论：1环境污染：大气污染、臭氧层破坏、酸雨、水资源短缺、土地沙漠化、绿色屏障锐减、垃圾、物种濒危、人口激增、温室效应。
2造成环境污染的因素：物理的、化学的和生物的三方面，其中化学的占80%~90%。
3环境化学的特点是从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
4由于环境污染物种类繁多，世界各国都筛选一些毒性强、难降解、残留时间长，在环境中分布广的污染物优先进行控制，称为优先污染物。
5当前世界范围内最关注的化学污染物主要是持久性有机污染物，具有致突变、致癌变和致畸变作用的所谓“三变”化学污染物，以及环境内分泌干扰物。
6按环境变化的性质划分，则可分为环境物理效应、环境化学效应和环境生物效应。
7污染物在环境中的迁移主要有机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移。
二大气环境化学1根据温度随海拔高度的变化情况将大气分为四层：对流层、平流层、中间层、热层。
2大气污染物按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤化合物。
3燃料燃烧过程中影响NOx形成的因素：根据NOx形成的机理，燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关。
4甲烷是一种重要的温室气体，每个CH4分子导致温室效应的内力比CO2分子大20倍。
5氟氯烃类化合物既可以破坏臭氧层也可以导致温室效应。
6逆温：在对流层中，气温一般是随高度增加而降低，但在一定条件下会出现反常现象。
7大气稳定度是指气层的稳定程度，或者说大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定程度。
气块在大气中的稳定度与大气垂直递减率和干绝热垂直递减率（干空气在上升时温度降低值与上升高度之比用Td表示）有关。
一般来讲，大气温度垂直递减率越大，气块越不稳定。
8影响大气污染物迁移的因素：空气机械运动如风和湍流，由于天气形势和地理地势造成的逆温想想以及污染源本身特性。
9光化学反应：分子、原子、自由基或吸收光子而发生的化学反应。
大气环境化学
大气环境化学1、大气的组成2、大气组分动态平衡的盒子模式源：大气组分产生的途径和过程→源强：进入大气的组分输入速率(Fi）汇：指大气组分从大气中去除的途径和过程→汇强：从大气输出组分的速率（Ri）（降水湿去除、化学反应转化、地表物质吸收或反应去除、向平流层输送）当Fi＝Ri时，大气组分的质量Mi恒定；当Fi>Ri时，污染物相对积累3、停留时间停留时间（平均停留时间）：某种组分在进入大气后到被清除之前在大气中停留的平均时间τ＝大气中的总贮量Mi / Fi 或者RiQ：研究停留时间的意义？某组分的停留时间越长，表明该组分在离开大气或转化成其它物质以前，在环境中存留的时间也越长；表明该组分在大气中的储量相对于输入（出）来说是很大的，即使人类活动改变了该组分的的输入（出）速度，对其总量的影响也不明显；若组分停留时间越短，其输入（出）速率的改变就对总贮量很敏感。
[计算1] 已知CH4在对流层的平均浓度c＝1.55×10－6（w/w），且不随时间变化；已知：大气的总质量5.14×1018 kg；F CH4＝R CH4＝1.5×1014（mol/a）；对流层占总大气圈质量的比例：3/4；CH4的相对分子质量为16；[计算2] 全球对流层清洁大气中总硫的平均浓度c＝1×10-9 （w/w），Fs＝Rs＝200×1012 g/a；大气的总质量5.14×1018 kg；对流层占总大气圈质量的比例：3/4求大气中硫的停留时间？（结果用天表示）4、环境本底值环境本底值：指自然环境在未受污染的情况下，各种环境要素中的化学元素或化学物质的基线含量，又叫环境背景值。
大气组成的“本底值”——近海平面洁净的大气组分的含量来表示。
5、大气的化学组成主要组分：氮气（N2）、氧气（O2）次要组分：氩气（Ar）和二氧化碳（CO2）－占总大气的99.992％（体积分数）痕量组分：惰性气体和微量有毒气体－NO、NO2、CO、SO2、H2S干洁大气（干燥清洁的大气）组分：N2（78%）、O2（21%）、Ar、CO26、大气污染物组成分类气态污染物－常温下是气体或蒸汽，就是以气态方式输入并停留在大气中的污染物，包括SOx、NOx、COx、CH、CFCs－占90%；大气颗粒物－液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。
大气环境化学
大气环境化学绪论1.大气环境化学主要研究大气中对环境有影响的重要组分在大气中的来源、存在形式，迁移过程中的化学转化，归宿以及对大气质量的影响等。
2.大气环境化学的研究方法主要有：现场试验研究，实验室研究和模式计算。
3.一个大气即所有的污染问题都发生在同一个大气下，各种问题通过自由基化学或关键物种的化学过程而彼此相关联，应采取综合性的方法对各种相关的污染问题进行整体考虑，以避免在解决一个问题的同时又产生了新的问题。
第一章1.大气由还原性气氛向氧化性气氛转化。
2.大气分为对流层，平流层，中层，热层和外层。
3.对流层厚度随纬度季节不同而变化。
对流层集中了大气质量的3/4,90%以上的水汽集中在对流层中，大气中主要的天气现象都形成在此层内。
4.自对流层顶向上到55km左右的气层成为平流层。
平流层特点：1.空气没有垂直对流运动，平流运动占据显著优势；2.空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象；3.在高约15~35km的范围内，有厚约20km的臭氧层，因为臭氧吸收太阳辐射的紫外线，使得平流层温度升高。
5.大气组分按其停留时间长短可分为准永久性气体，可变化组分和强可变组分。
6.大气组分的浓度表示方法：1）混合比浓度：这种浓度表示法主要用于气态污染物，对于大气中的低浓度物质是适用的。
公式：p29 2）这种浓度表示方法用于比ppt还要低的浓度水平，如自由基浓度等，表示每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。
公式p29 3）质量浓度表示法：p307.自由基在其电子壳层的外层有一股不成对电子，它们对于增加第二个电子有很强的亲和力，因此能起强氧化剂的作用。
大气环境质量标准。
（2月份公布的新标准）第二章1.污染物来源：人为源有燃料燃烧，工业排放，固体废弃物的焚烧，农业活动排放，生物质。
天然源有自然尘，森林、草原火灾，火山活动，森林排放，海浪飞沫，海洋浮游植物、海洋表层。
2．大污染物的汇机制。
1）干沉降：重力沉降，与植物、建筑物或地面相碰撞而被捕获的过程；2）湿沉降：大气中的物质通过降水而落到地面的过程；3）化学反应去除：污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消失；4）向平流层输送。
环境化学 第二版 模块二 大气环境化学
④大气在以太阳为能源的庞大的蒸馏室中起冷凝器的作用， 形成降雨，从而把水从海洋输送到陆地，为陆地生物提供了 必要的生活条件。
⑤大气还吸收来自外层空间的宇宙射线和来自太阳的大部分 电磁辐射，滤掉了波长小于290nm的紫外辐射，使地球上的生 物免受其伤害。
随着工农业的发展，大气污染日益严重。例如：酸雨、温 室效应、臭氧空洞。
1.2 大气层的结构★
围绕地球的大气总质量约为5.3×1018kg，占地 球总质量的百万分之一。地球的总表面积约为 5.1×1014平方米，所以地球表面的压力，大致为 1kg/cm2。
大气质量在铅直方向的分布是极不均匀的。
高度h(km) 质量W(%)
5
15
30
80
50
90
99 99.999
★1.2.1 大气温度层结和大气密度层结
3） 中间层
①高度：平流层顶50km～80km ②温度：气温随高度的增加而降低。顶部可达-92℃左右。 垂直温度分布特征与对流层相似。 ③由于层内热源仅靠其下部的平流层提供，因而下热上 冷，故空气对流运动相当强烈。
夜光云
4） 热层
• ①高度： 80km~500km。 • ②温度：温度随高度的增加而迅速上升。 • 顶部可达到1000K以上。该层内空气极稀薄
大气的温度层结
z：高度。
在对流层中，平均dT/dz<0且Г＝0. 6/100m。
③大气中绝大多数天气现象都发生在对流层中。 这一层内含有全部大气质量3/4的大气和几乎所有的水
汽，加之空气的运动会造成风、雨、雷电和冷暖转变等 复杂的天气现象，对天气分析和预报具有重要意义。 ④从污染源排放出的污染物几乎都直接进入对流层，因 而这些污染物的迁移转化过程也主要发生在这一层内。 ⑤对流层顶层温度特别低，具有屏障作用。阻挡水分子 向上移动进入平流层，避免大气氢遭到损失。
大气环境化学
03
全球合作
面对全球性的大气环境问题，各国间的合作将更加紧密，共同开展跨国
的大气环境化学研究项目，推动全球环境保护事业的发展。
大气环境化学在环境保护中的作用和价值
揭示污染源
通过研究大气环境化学过程，可以深入了解污染物的来源 和传输路径，为制定有效的污染控制措施提供科学依据。
预测环境变化
大气环境化学研究有助于预测未来环境变化趋势，为应对 气候变化、保护生态系统和人类健康提供决策支持。
02 大气环境化学基础知识
大气组成与结构
描述大气的组成和结构
大气主要由氮气（约78%）、氧气（约21%）、氩气（约1%）等组成，还有少量其 他气体，如二氧化碳、甲烷、臭氧等。
大气分为对流层、平流层、中间层、热层和外层，各层温度和高度不同，对流层是 地球表面最主要的保护层，也是人类生活的主要环境。
大气环境化学
目录
• 引言 • 大气环境化学基础知识 • 大气环境化学过程 • 大气环境化学的影响 • 大气环境化学的防治措施 • 未来展望
01 引言
大气环境的重要性
人类生存的基础
01
大气环境是人类生存的基础，提供呼吸所需的氧气，调节气候，
保护生物多样性。
维持生态平衡
02
大气环境中的化学物质循环和转化维持着地球生态平衡，对生
02
大气中的化学反应主要受温度、湿度、光照和大气组成等因素影响。
03
化学反应可以是大气污染物之间的反应，也可以是大气污染物与大气 成分之间的反应，如光化学反应、氧化反应等。
04
这些反应可以导致大气污染物的转化、分解或合成，从而影响大气的 质量和人类健康。
03 大气环境化学过程
大气中污染物的转化
第一节 大气环境化学基础知识
第一节大气环境化学基础知识•地球上的大气是自然环境的组成部分。
人类一刻也离不开大气，没有大气就没有地球上的生命，就没有生机勃勃的世界。
大气又是人类极其重要的自然资源。
•在环境保护中，对室内或某个特定场所或区域（如教室、车间等），供人和动植物生存的气体称为“空气”。
•而以大区域或全球性的气流为研究对象时，则采用“大气”一词。
•总之：空气和大气均指围绕地球周围的气体。
二、大气层结构气象要素（气压、气温、大气密度、化学组成等）的垂直分布情况叫做大气层结构。
根据大气温度随高度垂直变化情况将大气层分为五层，分别为对流层、平流层、中间层、热层、逸散层。
a、对流层：大气层最低的一层，平均厚度12km,赤道附近为16~18km，两极8-9km，中纬度地区为10~12km.云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。
主要成分：N2、O2、H2O、CO2、Ar特点：（1）空气密度大，含有全部大气质量3／4的大气和几乎所有的水气。
（2）气温随高度升高而降低(低纬度地区对流层顶的气温约- 83℃，高纬度地区对流层顶的气温约-53℃)。
约每升高100m，温度降低0.6℃---下热上冷（3）垂直方向上发生对流运动，使得对流层上下空气发生交换。
--有利于污染物稀释扩散。
（4）天气复杂多变。
对流层水汽、尘埃较多，雨、雪、云、雾、雹、霜等主要天气现象发生在这一层。
--主要大气污染现象发生在此层。
b、平流层：对流层顶以上距地面约在50 ㎞之间，主要成分O3 、O2 、N2 、He、Ne、Kr、Xe、H2 。
特点：（1）在25km以下的低层，随高度增加气温保持不变，为等温层。
从25km开始，气温随高度的增加而升高，到平流层顶，温度可接近273.15K，-----上热下冷，逆温层（大气温度随高度增加而升高的现象）（2）在10-35km的范围内存在厚度约20km的臭氧层，其含量在20-25km处达到最大。
臭氧层可强烈吸收太阳紫外辐射。
（3）空气垂直对流运动很小，只能随地球自转而产生平流运动，所以该层内气体非常稳定，进入该层的污染物形成一薄层遍布全球，且停留时间长。
天然大气环境化学
第二章天然大气环境化学2.1大气的构造1.大气的温度层结气温随垂直高度的分布规律称为温度层结.温度层结曲线的三种基本类型：（1）递减层结。
气温沿高度增加而降低。
递减层结属于正常分布，一般出现在晴朗的白天，风力较小的天气。
地面由于吸收太阳辐射温度升高，使近地空气也得以加热，形成气温沿高度逐渐递减。
此时上升空气团的降温速度比周围气温慢，空气团处于加速上升运动，大气为不稳定状态。
（2）等温层结。
气温沿高度增加不变。
等温层结多出现于阴天、多云或大风时，由于太阳的辐射被云层吸收和反射，地面吸热减少，此外晚上云层又向地面辐射热量，大风使得空气上下混合强烈，这些因素导致气温在垂直方向上变化不明显。
此时上升空气团的降温速度比周围气温快，上升运动将减速并转而返回，大气趋于稳定状态。
（3）逆温层结。
气温沿高度增加而升高。
逆温层结简称逆温，其形成有多种机理。
当出现逆温时，大气在竖直方向的运动基本停滞，处于强稳定状态。
通常，按逆温层的形成过程又分为辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温、平流逆温、锋面逆温等类型。
2．按气温垂直分布对大气分层（热分层），可以分为以下几层：(一)对流层对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。
在赤道附近为16-18km；在中纬度地区为l0-12km，两极附近为8-9km。
夏季较厚，冬季较薄。
这一层的显著特点：—是气温随高度升高而递减，大约每上升100 m，温度降低0．6。
C。
内于贴近地面的空气受地面发射出来的热量的影响而膨胀上升，上面冷空气下降，故在垂直方向上形成强烈的对流，对流层也正是因此而得名；二是密度大，大气总质量的3／4以上集中在此层。
在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。
在l-2km以下，受地表的机械、热力作用强烈，通称摩擦层，或边界层，亦称低层大气，排人大气的污染物绝大部分活动在此层。
在1-2公里以上，受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。
第五章 大气环境化学(1)
三、温室气体对大气的影响 • CO2象温室的玻璃一样，允许太阳光照射到地面， 并阻止地面重新辐射的红外光返回外空间，CO2 起单向过滤器作用。 温室效应： CO2吸收地面辐射出来的红外光，把能量截留于大 气中，从而使大气温度升高的现象。
温室效应后果： 破坏地球的热平衡，引起全球气候变暖等一系 列环境问题。
酸 雨 形 成
SO2 + [O] → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 SO2 + H2O → H2SO3 H2SO3 + [O] → H2SO4
NO + [O] → NO2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
酸雨的判断标准：pH < 5.6
酸 酸指标离子：SO42-，NO3-, H+ 雨 碱指标离子：NH +，Ca2+ 4
NO O3 NO2 O2
NO2 O NO O2
总反应：
O3 O 2O2
平流层中HOx 来源于H2O，CH4，H2，O的反应
H 2 O O 2 HO CH 4 O CH 3 HO H 2 O H HO HO O3 HO2 O2 HO2 O HO O2
（三）NOx和SOx的排放与抑制 （四）CO2的排放和抑制 1、CO2的自然转化： ①资源化；②藻类固定 2、烟气中CO2的回收 变压吸收法、溶剂吸收法、低温蒸馏法、膜 分离法。 3、CO2的储存 油田、煤层、深埋地下、海洋。
永远的蓝天
燃烧 农业化学品 燃烧和工业 铝厂 致冷剂 化学工业 工业，汽车废气 天然生成
美国
葡萄牙
据国际能源署(IEA)报告，中国2009年取代美国，
化学环境的知识点总结
化学环境的知识点总结一、大气环境化学1. 大气的组成大气由氮气（约78%）、氧气（约21%）和其他气体（约1%）组成。
其他气体包括水蒸气、二氧化碳、氩气、氖气、氦气等。
这些气体在大气中起着重要的作用，例如氮气和氧气是人类呼吸的气体，二氧化碳是植物光合作用的原料。
2. 大气污染大气污染是指大气中的有害物质超出一定浓度，对人类健康和环境造成危害的现象。
主要的大气污染物包括二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、挥发性有机化合物和臭氧。
这些污染物来自工业排放、机动车尾气、燃煤等活动。
大气污染对人类健康和环境造成严重危害，需要采取措施减少排放。
3. 大气的自净作用大气具有自净作用，通过化学反应和物理过程来清除污染物。
例如，大气中的二氧化硫可以被光化学反应氧化成硫酸雾，然后形成酸雨，从而清除大气中的有害物质。
此外，大气中的氮氧化物也可以和臭氧发生反应，形成氮氧化合物，从而减少大气污染物的浓度。
4. 温室效应温室效应是地球大气中的一种自然现象，是指大气中的某些气体（例如二氧化碳、甲烷、氟利昂等）能够吸收和释放地球表面的热量，使得地球表面温度上升。
这种现象在一定程度上维持了地球的温度，但过强的温室效应会导致全球气候变暖，对生物多样性和人类生活造成严重影响。
5. 大气成分的分析化学分析方法可以用来分析大气成分，例如质谱仪、紫外-可见分光光度计、气相色谱质谱联用仪等。
利用这些方法，可以监测大气中的污染物浓度，为环境保护提供数据支持。
二、水环境化学1. 水的组成水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，化学式为H2O。
水是地球上最重要的化学物质之一，是生命的基础，也是许多化学反应的参与物。
2. 水的净化水的净化是指将水中的污染物去除，使其达到可以饮用或其他用途的要求。
水的净化方法包括沉淀法、过滤法、杀菌法、吸附法等。
这些方法能够去除水中的悬浮物、有机物、微生物等，保证水的洁净。
3. 水质分析水质分析是对水中的各种物质进行分析，包括水中的无机盐、有机物、微生物等。
大气环境化学1-1综述
(4)大气主要成分：N2, O2, CO2, H2O, 气溶胶
对 流 层 摩擦层/边界层/低层大气： z＜1-2 km污染物主要停留层 自由大气层： z＞1-2 km 天气过程发生层 对流层顶层： 结冰层
2、平流层(17~55km)
平流层下层(17~35km)，随着高度的增高，气温保持不 变或稍有上升，故又称同温层。 z＞ 30-35km ， T随 z的 增加而增加。 特点： (1)大气稳定。 (2)平流层内垂直对流运动很小。 (3)大气透明度高，少云雨天气现象。 大气组分为O3，形成约20km厚的O3层。
逆温类型
空气污染事件多数都发生在有逆温层和静风条件下。按其生 成过程可分为辐射逆温 、下沉逆温等。 辐射逆温： 由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温。在晴朗无 云或少云、风速不大的夜间，地面很快辐射冷却，贴近地面 的气层也随之降温，空气是自下而上地被冷却。近地层降温 多，离地面愈远的气层降温愈少，因而形成自地面向上的逆 温。 下沉逆温又称压缩逆温。当高压区内某一层空气发生大规模 强度较大的气团下沉运动时，气层顶部比底部下降的距离要 大(H＞H’)，因而顶部绝热增温比底部多而形成逆温。
（三）、含碳化合物（主要是一氧
化碳、二氧化碳和碳氢化合物） 1、 CO（ （主要由含碳燃料的不完全燃烧而产生，有毒）
CO 的天然源：海洋中生物的作用、植物排放、森林大火以及 大气中CH4的光化学氧化和CO2的光解等。 放电作用引起云层中有机物的光氧化作用，二氧化碳的轻微解 离作用，种子发芽、籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生 CO 。 CO主要危害：参与光化学烟雾的形成及转化为温室气体CO2。 汇： HO 、 HOO 、O、O3等反应，生产CO2；土壤中一些真菌也能利用大
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伦敦型烟雾和洛杉矶烟雾的比较
项目 伦敦型 颗粒物、SO2、硫酸雾等 煤 洛杉矶型 碳氢化合物、NOx、O3、 PAN、醛类 汽油、煤气、石油
概况
污染物 燃料
发生较早，至今已多次出现 发生较晚，发生光化学反应
季节
气温 湿度 日光 臭氧浓度 出现时间 毒性
冬
低(4℃以下) 高 弱 低 白天夜间连续
pH 4.3时，k H 2O2 1.3 103 pH 5.4时，k H 2O2 5.4 10 2 pH 6.6时，k H 2O2 27
24
3
2.5
二氧化硫的转化
2.二氧化硫的液相氧化
2-4 SO2被金属离子催化氧化
2SO2 2H 2O O2 2H 2 SO4
M
HC O O2 HO 2 CO
9
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.光化学烟雾 (photochemical smog)
汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)和 氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光中紫外线照射下发生
光化学反应生成一些氧化性很强的O3、醛类、PAN、HNO3
第一章 大气环境化学
了解大气层的结构，大气的运动规律，大气 中的主要污染物迁移。掌握污染物遵循这些规律 而发生的迁移过程，光化学反应基础，重要的大 气污染化学问题及其形成机制，特别重要的是污 染物参与光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成过程和
机理。还应了解酸雨、温室效应以及臭氧层破坏
等全球性环境问题。
1
一、 大气中结构和性质
11
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.2 光化学烟雾的形成条件
大气中有氮氧化物和碳氢化合物存在;
大气湿度较低;
有强的阳光照射。
12
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.3 光化学烟雾形成机理
C3H6 和NO (引自Agnew ,1968)
13
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.3 光化学烟雾形成机理
其关键性反应: ① NO2的光解导致O3的生成
② 碳氢化合物的氧化生成具有活性的自由基如
HO,HO2和RO2 ③ HO2和RO2等促进NO向NO2转化,提供更多生 成O3的NO2源
14
2.3 氮氧化物的化学
9．过氧乙酰基硝酸酯（Peroxyacetyl nitrate, PAN）
PAN没有天然源。只有人为源，即全部是由污染产生的， 因此，大气中测出PAN即可作为发生光化学烟雾的依据。
4
3.4 大气组分的浓度表示方法
1． 混合比单位表示法x（体积、质量）
ppm （ 百 万 分 之 一 ） 、 pphm( 一 亿 分 之 一 ) ，
ppb(十亿分之一)，ppt(万亿分之一)等，这种浓度表示 法主要用于气态污染物，对于大气中低浓度物质是合 适的。当表示浓度相对较高的物质时，比如源排放的 物质浓度时，可直接用百分数表示。
RCHO OH RC (O)O2 H 2 O
O2
RCHO hv RO 2 HO 2 CO
2 O2
HO 2 NO NO2 OH
O2 RO 2 NO NO2 R ' CHO HO 2
RC (O)O2 NO NO2 RO 2 CO2
• 用于比ppt还要低的浓度水平，例如自由基浓度等，表
示每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。 • 可以由ppm换算过来。 在大气压为 101325Pa （标准气压）、温度为 25℃ （298K）时，每立方厘米的分子数为：
n 19 3 2.46 10 个分子 / cm V
1ppm 相当于2.46×1013个 分子/cm3。
M
表2-9 催化剂对SO2氧化的影响
25
2.5
二氧化硫的转化
4.硫酸烟雾形污染
硫酸烟雾也称为伦敦烟雾，最早发生在英
国伦敦。它主要是由于燃煤而排放出来的SO2、
颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所
造成的大气污染现象。在硫酸型烟雾的形成过
程中，SO2转变为SO3的氧化反应主要靠雾滴中锰、
铁及氨的催化作用而加速完成。
O2
17
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.3 光化学烟雾形成机理
终止反应：
NO2 OH HNO3 RC (O)O2 NO2 RC (O)O2 NO2 RC (O)O2 NO2 RC (O)O2 NO2
18
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.3 光化学烟雾形成机理
30
3.酸雨的形成
3-3 酸雨的形成过程 影响酸雨的形成因素：
• 酸性污染物的排放及其转化条件
• 大气中的NH3
• 颗粒物的酸度及其缓冲能力 • 天气形势
31
1. 气溶胶的定义及分类
气溶胶(Aerosol):是指液体或固体微 粒均匀地分散在气体中形成的相对 稳定的悬浮体系。 大气颗粒物(Particulate matter): 是指均匀地分散在气体中液体或固
等二次污染物。人们把参与光化学反应过程的一次污染 物和二次污染物的混合物(其中有气体和颗粒物)所形成 的烟雾，称为光化学烟雾。
10
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.1光化学烟雾的化学特征
烟雾呈蓝色; 具有强氧化性(能使橡胶开裂，剌激人的眼睛，伤害植物
叶子);
并使大气能见度降低； 其刺激物浓度的高峰在中午或午后； 污染区域往往在污染的下风向几十至几百公里处。
夏秋
高(24 ℃以上) 低 强 高 白天
对呼吸道有刺激作用，严重 对眼和呼吸道有强刺激作用, 是导致死亡 氧化剂有强氧化破坏作用， 严重时可导致死亡
27
2.6 酸性沉降
酸沉降（acid deposition）是指大气中的酸性物质通
过干、湿沉降两种途径迁移到地表的过程。
湿沉降（wet deposition）是指大气中的物质通过降水 而落到地面的过程称为湿沉降。湿沉降有两类：雨除 （rainout）和冲刷（washout）。雨除是指被去除物 参与了成云过程，即作为云滴的凝结核，使水蒸气在
19Βιβλιοθήκη 2.5二氧化硫的转化
1. 二氧化硫的气相氧化
1-1 SO2直接光氧化
SO2 hv SO2
1
290nm340nm
(单重态）
400nm SO2 hv 340 nm 3 SO2 (三重态，主要形态）
3
SO2 O2 SO4 SO3 O
20
SO4 SO2 2SO3
T2 T0 d ( z z0 ) ( z z0 )为上升的高度差 T2为干空气到达高度z时的温度 T0为起始高度z 0处的温度
3
1.4 大气稳定度
概念：指气层的稳定度，即大气中某一高度上 的气块在垂直方向上相对稳定的程度。
大气的稳定度与大气垂直递减率和干绝热垂直 递减率有关:如果层结大气使气块趋于回到原来 的平衡位置，则称层结是稳定的,Γ d> Γ ; 如果 层结大气使气块趋于继续离开原来的位置，则 称层结是不稳定的Γ d< Γ ;介于上两者之间， Γ d= Γ .
HONO hv( 400nm) OH NO
8
2.3 大气中的自由基
2、过氧自由基(hydroperoxyl radical，HO2 · ) HO2· 的主要来源是大气中甲醛(HCHO)
的光分解：
HCHO hv( 370nm) H HC O H O2 HO 2
6
2.3 大气中的自由基
1、氢氧自由基(hydroxyl radical，· OH) · OH自由基的来源主要有以下几个方面: (1) O3的光分解
O3 hv( 320nm) O( D) O2
1
O( D) H 2 O 2 OH
1
7
2.3 大气中的自由基
1、氢氧自由基(hydroxyl radical，· OH) · OH自由基的来源主要有以下几个方面: (2) HNO2光分解
部分 10 6 全部 部分 x ( ppb) 10 9 全部 x ( ppm )
V W , V W
x ( pphm )
部分 108 全部 部分 x ( ppt ) 1012 全部
5
3.4 大气组分的浓度表示方法
2．单位体积内物质的数量表示法（个数/cm3）
2-2 SO2被O3氧化
HSO O3 HSO
3
2 4
O2
pH 4时，kO3 7.13 105 pH 5时，kO3 1.79 106 pH 6时，kO3 4.50 10
6
23
2.5
二氧化硫的转化
2.二氧化硫的液相氧化
2-3 SO2被H2O2氧化
HSO H 2 O2 SO2 OOH H 2 O SO2 OOH H H 2 SO4
体微粒。
32
3. 气溶胶的粒径分布
图2 气溶胶的粒径分布及来源和汇
33
21
2.5
二氧化硫的转化
2.二氧化硫的液相氧化
2-1 SO2被水吸收
SO2 ( g ) H 2 O(l ) SO2 H 2 O(l ) SO2 H 2 O(l ) H HSO HSO H SO
3 2 3 3
22
2.5
二氧化硫的转化
2.二氧化硫的液相氧化
15
2.4 碳氢化合物的氧化与光化学烟雾
4.3 光化学烟雾形成机理
引发反应：
NO2 hv NO O
k1